Osnovne teorijske informacije
Mehanički rad
Na osnovu koncepta predstavljene su energetske karakteristike kretanja mehanički rad ili rad sile. Posao obavljen konstantna sila F, je fizička veličina jednaka proizvodu modula sile i pomaka pomnoženog kosinusom ugla između vektora sila F i pokreti S:
Rad je skalarna veličina. Može biti pozitivno (0° ≤ α < 90°), так и отрицательна (90° < α ≤ 180°). At α = 90° rad sile je nula. U SI sistemu rad se mjeri u džulima (J). Džoul je jednak radu sile od 1 njutna da se pomeri 1 metar u pravcu sile.
Ako se sila mijenja tokom vremena, tada da biste pronašli rad, napravite graf sile u odnosu na pomak i pronađite površinu figure ispod grafa - ovo je rad:
Primjer sile čiji modul zavisi od koordinate (pomaka) je elastična sila opruge, koja se pokorava Hookeovom zakonu ( F kontrola = kx).
Snaga
Rad koji izvrši sila u jedinici vremena se naziva moć. Snaga P(ponekad označeno slovom N) – fizička veličina jednaka omjeru rada A na određeni vremenski period t tokom kojih je ovaj posao završen:
Ova formula izračunava prosečna snaga, tj. snaga koja generalno karakteriše proces. Dakle, rad se takođe može izraziti u terminima moći: A = Pt(ako se, naravno, zna snaga i vrijeme obavljanja posla). Jedinica snage naziva se vat (W) ili 1 džul po sekundi. Ako je kretanje ravnomjerno, tada:
Koristeći ovu formulu možemo izračunati trenutna snaga(napajanje ovog trenutka vrijeme), ako umjesto brzine zamijenimo vrijednost trenutnu brzinu. Kako znate koju snagu da brojite? Ako problem traži napajanje u trenutku u vremenu ili u nekoj tački u prostoru, tada se smatra trenutnim. Ako pitaju za snagu u određenom vremenskom periodu ili dijelu rute, onda potražite prosječnu snagu.
Efikasnost – koeficijent korisna akcija , jednak je omjeru korisnog rada i utrošenog, ili korisna snaga potrošiti:
Koji je rad koristan, a koji uzaludan određuje se iz uslova konkretnog zadatka putem logičkog zaključivanja. Na primjer, ako dizalica obavlja posao podizanja tereta na određenu visinu, tada će koristan posao biti posao podizanja tereta (pošto je za tu svrhu stvorena dizalica), a utrošeni rad će biti rad koji obavlja elektromotor dizalice.
Dakle, korisna i potrošena snaga nemaju strogu definiciju i nalaze se logičkim rasuđivanjem. U svakom zadatku sami moramo odrediti koja je u ovom zadatku bila svrha rada ( koristan rad ili snaga), i koji je bio mehanizam ili način obavljanja cjelokupnog posla (potrošena snaga ili rad).
Općenito, efikasnost pokazuje koliko efikasno mehanizam pretvara jednu vrstu energije u drugu. Ako se snaga mijenja tokom vremena, tada se rad nalazi kao površina figure ispod grafika snage u odnosu na vrijeme:
Kinetička energija
Fizička veličina jednaka polovini proizvoda mase tijela i kvadrata njegove brzine naziva se kinetička energija tijela (energija kretanja):
To jest, ako se automobil težine 2000 kg kreće brzinom od 10 m/s, tada ima kinetičku energiju jednaku E k = 100 kJ i sposoban je za rad od 100 kJ. Ova energija se može pretvoriti u toplotu (kada se automobil koči, zagreju se gume na točkovima, put i kočioni diskovi) ili se može potrošiti na deformisanje automobila i tela sa kojim se automobil sudario (u nesreći). Prilikom izračunavanja kinetičke energije nije bitno kuda se automobil kreće, jer je energija, kao i rad, skalarna veličina.
Tijelo ima energiju ako može raditi. Na primjer, tijelo koje se kreće ima kinetičku energiju, tj. energije kretanja, i sposoban je da vrši rad na deformisanju tijela ili daje ubrzanje tijelima s kojima se sudar.
Fizičko značenje kinetička energija: kako bi tijelo u mirovanju s masom m počeo da se kreće velikom brzinom v potrebno je izvršiti rad jednak dobijenoj vrijednosti kinetičke energije. Ako tijelo ima masu m kreće se brzinom v, tada je za zaustavljanje potrebno izvršiti rad jednak njegovoj početnoj kinetičkoj energiji. Prilikom kočenja kinetičku energiju uglavnom (osim u slučajevima udara, kada energija ide u deformaciju) „odnosi“ sila trenja.
Teorema o kinetičkoj energiji: rad rezultantne sile jednak je promjeni kinetičke energije tijela:
Teorema o kinetičkoj energiji vrijedi i u općem slučaju, kada se tijelo kreće pod utjecajem promjenjive sile, čiji se smjer ne poklapa sa smjerom kretanja. Pogodno je primijeniti ovu teoremu u problemima koji uključuju ubrzanje i usporavanje tijela.
Potencijalna energija
Zajedno s kinetičkom energijom ili energijom kretanja u fizici važnu ulogu plays concept potencijalna energija ili energija interakcije tijela.
Potencijalna energija je određena relativnim položajem tijela (na primjer, položaj tijela u odnosu na površinu Zemlje). Pojam potencijalne energije može se uvesti samo za sile čiji rad ne zavisi od putanje tela i određen je samo početnim i konačnim položajem (tzv. konzervativne snage). Rad koji obavljaju takve sile na zatvorenoj putanji je nula. Ovo svojstvo posjeduju gravitacija i elastična sila. Za ove sile možemo uvesti koncept potencijalne energije.
Potencijalna energija tijela u Zemljinom gravitacijskom polju izračunato po formuli:
Fizičko značenje potencijalne energije tijela: potencijalna energija jednaka je radu gravitacije pri spuštanju tijela na nulti nivo ( h– udaljenost od centra gravitacije tijela do nulte razine). Ako tijelo ima potencijalnu energiju, onda je sposobno za rad kada ovo tijelo padne s visine h na nulti nivo. Rad gravitacije jednak je promjeni potencijalne energije tijela, uzete sa suprotnim predznakom:
Često se u energetskim problemima mora naći posao podizanja (prevrtanja, izvlačenja iz rupe) tijela. U svim ovim slučajevima potrebno je uzeti u obzir kretanje ne samog tijela, već samo njegovog centra gravitacije.
Potencijalna energija Ep zavisi od izbora nultog nivoa, odnosno od izbora početka ose OY. U svakom problemu, nulti nivo se bira iz razloga pogodnosti. Ono što ima fizičko značenje nije sama potencijalna energija, već njena promjena kada se tijelo kreće iz jednog položaja u drugi. Ova promjena je nezavisna od izbora nultog nivoa.
Potencijalna energija istegnute opruge izračunato po formuli:
gdje: k– krutost opruge. Produžena (ili stisnuta) opruga može pokrenuti tijelo koje je za nju pričvršćeno, odnosno prenijeti kinetičku energiju ovom tijelu. Shodno tome, takav izvor ima rezervu energije. Napetost ili kompresija X mora se računati na osnovu nedeformisanog stanja tela.
Potencijalna energija elastično deformiranog tijela jednaka je radu elastične sile prilikom prijelaza iz datog stanja u stanje s nultom deformacijom. Ako je u početnom stanju opruga već bila deformirana, a njeno izduženje je bilo jednako x 1, zatim po prelasku u novo stanje s elongacijom x 2, elastična sila će obaviti rad jednak promjeni potencijalne energije, uzete sa suprotnim predznakom (pošto je elastična sila uvijek usmjerena protiv deformacije tijela):
Potencijalna energija prilikom elastične deformacije je energija interakcije pojedinih dijelova tijela međusobno elastičnim silama.
Rad sile trenja zavisi od pređenog puta (ova vrsta sile, čiji rad zavisi od putanje i pređenog puta zove se: disipativne sile). Koncept potencijalne energije za silu trenja se ne može uvesti.
Efikasnost
Faktor efikasnosti (efikasnost)– karakteristika efikasnosti sistema (uređaja, mašine) u odnosu na konverziju ili prenos energije. Određuje se omjerom korisno iskorištene energije prema ukupnoj količini energije koju sistem primi (formula je već data gore).
Efikasnost se može izračunati i kroz rad i kroz snagu. Korisni i utrošeni rad (snaga) uvijek se određuju jednostavnim logičkim rasuđivanjem.
U elektromotorima efikasnost je omjer obavljenog (korisnog) mehaničkog rada i električne energije primljene iz izvora. Kod toplotnih motora, omjer korisnog mehaničkog rada i količine utrošene topline. U električnim transformatorima, omjer elektromagnetne energije primljene u sekundarnom namotu i energije koju troši primarni namotaj.
Zbog svoje opštosti, koncept efikasnosti omogućava poređenje i evaluaciju takvih razni sistemi, kao što su nuklearni reaktori, električni generatori i motori, termoelektrane, poluvodički uređaji, biološki objekti itd.
Zbog neizbježnih gubitaka energije zbog trenja, zagrijavanja okolnih tijela itd. Efikasnost je uvijek manja od jedinice. U skladu s tim, efikasnost se izražava kao dio potrošene energije, odnosno kao pravi dio ili kao postotak, i predstavlja bezdimenzionalnu veličinu. Efikasnost karakteriše koliko efikasno mašina ili mehanizam radi. Termička efikasnost elektrane dostiže 35–40%, motori sa unutrašnjim sagorevanjem sa nadpunjavanjem i predhlađenjem – 40–50%, dinamo i generatori velike snage – 95%, transformatori – 98%.
Problem u kome treba da nađete efikasnost ili je poznat, morate početi sa logičkim rasuđivanjem - koji rad je koristan, a koji je uzaludan.
Zakon održanja mehaničke energije
Ukupna mehanička energija naziva se zbir kinetičke energije (tj. energija kretanja) i potencijala (tj. energija interakcije tijela silama gravitacije i elastičnosti):
Ako se mehanička energija ne transformira u druge oblike, na primjer, u unutrašnju (toplinsku) energiju, tada zbroj kinetičke i potencijalne energije ostaje nepromijenjen. Ako se mehanička energija pretvara u toplotnu, tada je promjena mehaničke energije jednaka radu sile trenja ili gubicima energije, odnosno količini oslobođene topline, i tako dalje, drugim riječima, promjena ukupne mehaničke energije jednaka je na rad vanjskih sila:
Zbir kinetičke i potencijalne energije tijela koja se sastoje zatvoreni sistem(tj. onaj u kojem ne djeluju vanjske sile, a njihov rad je shodno tome jednak nuli), a gravitacijske i elastične sile koje međusobno djeluju, ostaju nepromijenjene:
Ova izjava izražava zakon održanja energije (LEC) u mehaničkim procesima. To je posljedica Newtonovih zakona. Zakon održanja mehaničke energije je zadovoljen samo kada tijela u zatvorenom sistemu međusobno djeluju silama elastičnosti i gravitacije. U svim problemima o zakonu održanja energije uvijek će postojati najmanje dva stanja sistema tijela. Zakon kaže da će ukupna energija prvog stanja biti jednaka ukupnoj energiji drugog stanja.
Algoritam za rješavanje problema o zakonu održanja energije:
- Pronađite tačke početnog i konačnog položaja tijela.
- Zapišite koju ili koju energiju tijelo ima u tim tačkama.
- Izjednačite početnu i konačnu energiju tijela.
- Dodajte ostale potrebne jednačine iz prethodnih tema iz fizike.
- Riješi rezultirajuću jednačinu ili sistem jednačina koristeći matematičke metode.
Važno je napomenuti da je zakon održanja mehaničke energije omogućio da se dobije odnos između koordinata i brzina tijela u dvije različite točke putanje bez analize zakona kretanja tijela u svim međutačkama. Primjena zakona održanja mehaničke energije može uvelike pojednostaviti rješavanje mnogih problema.
IN realnim uslovima Gotovo uvijek na tijela koja se kreću, zajedno sa gravitacijskim silama, silama elastičnosti i drugim silama, djeluju sile trenja ili sile otpora okoline. Rad koji vrši sila trenja zavisi od dužine puta.
Ako sile trenja djeluju između tijela koja čine zatvoreni sistem, tada se mehanička energija ne čuva. Dio mehaničke energije se pretvara u unutrašnja energija tijela (grijanje). Dakle, energija u cjelini (tj. ne samo mehanička) je očuvana u svakom slučaju.
Tokom bilo koje fizičke interakcije, energija se niti pojavljuje niti nestaje. Samo se mijenja iz jednog oblika u drugi. Ova eksperimentalno utvrđena činjenica izražava fundamentalni zakon prirode - zakon održanja i transformacije energije.
Jedna od posljedica zakona održanja i transformacije energije je izjava o nemogućnosti stvaranja “ vječni motor"(perpetuum mobile) - mašina koja je mogla raditi neograničeno dugo bez trošenja energije.
Razni zadaci za rad
Ako problem zahtijeva pronalaženje mehaničkog rada, tada prvo odaberite metodu za njegovo pronalaženje:
- Posao se može pronaći pomoću formule: A = FS∙cos α . Odrediti silu koja vrši rad i količinu pomaka tijela pod utjecajem te sile u odabranom referentnom okviru. Imajte na umu da se ugao mora izabrati između vektora sile i pomaka.
- Rad koji obavlja vanjska sila može se naći kao razlika mehaničke energije u konačnoj i početnoj situaciji. Mehanička energija jednaka je zbiru kinetičke i potencijalne energije tijela.
- Rad obavljen da se tijelo podigne konstantnom brzinom može se pronaći pomoću formule: A = mgh, Gdje h- visina do koje se penje težište tela.
- Rad se može naći kao proizvod snage i vremena, tj. prema formuli: A = Pt.
- Rad se može naći kao površina figure ispod grafikona sile prema pomaku ili snage u odnosu na vrijeme.
Zakon održanja energije i dinamika rotacionog kretanja
Problemi ove teme su prilično složeni matematički, ali ako znate pristup, mogu se riješiti korištenjem potpuno standardnog algoritma. U svim problemima morat ćete uzeti u obzir rotaciju tijela u vertikalnoj ravni. Rješenje će se svesti na sljedeći slijed radnji:
- Morate odrediti tačku koja vas zanima (tačka u kojoj trebate odrediti brzinu tijela, silu zatezanja konca, težinu i tako dalje).
- Zapišite drugi Newtonov zakon u ovom trenutku, uzimajući u obzir da tijelo rotira, odnosno da ima centripetalno ubrzanje.
- Zapišite zakon održanja mehaničke energije tako da sadrži brzinu tijela u toj vrlo zanimljivoj tački, kao i karakteristike stanja tijela u nekom stanju o kojem se nešto zna.
- U zavisnosti od uslova, izrazite brzinu na kvadrat iz jedne jednačine i zamenite je drugom.
- Izvršite preostale potrebne matematičke operacije da biste dobili konačni rezultat.
Prilikom rješavanja problema morate imati na umu sljedeće:
- Uvjet za prolazak gornje točke pri rotaciji navoja minimalnom brzinom je sila reakcije potpore N u gornjoj tački je 0. Isti uslov je ispunjen kada se prođe gornja tačka mrtve petlje.
- Prilikom rotacije na štapu, uvjet za prolazak cijelog kruga je: minimalna brzina u gornjoj tački je 0.
- Uslov za odvajanje tijela od površine sfere je da je sila reakcije oslonca u tački razdvajanja nula.
Neelastični sudari
Zakon održanja mehaničke energije i zakon održanja količine kretanja omogućavaju pronalaženje rješenja mehaničkih problema u slučajevima kada su nepoznati aktivne snage. Primjer ove vrste problema je udarna interakcija tijela.
Udarom (ili sudarom) uobičajeno je da se zove kratkotrajna interakcija tijela, uslijed čega doživljavaju njihove brzine značajne promjene. Prilikom sudara između tijela, kratkotrajno udarne snage, čija je veličina obično nepoznata. Stoga je nemoguće razmotriti interakciju udara direktno koristeći Newtonove zakone. Primjena zakona održanja energije i impulsa u mnogim slučajevima omogućava da se sam proces sudara isključi iz razmatranja i dobije veza između brzina tijela prije i nakon sudara, zaobilazeći sve međuvrijednosti ovih veličina.
U svakodnevnom životu, tehnologiji i fizici (posebno u fizici atoma i elementarnih čestica) često se suočavamo sa udarnom interakcijom tijela. U mehanici se često koriste dva modela interakcije udarca - apsolutno elastični i apsolutno neelastični udari.
Apsolutno neelastičan udar Oni to nazivaju udarnom interakcijom u kojoj se tijela međusobno povezuju (lijepe zajedno) i kreću dalje kao jedno tijelo.
U potpuno neelastičnom sudaru mehanička energija se ne čuva. Djelomično ili potpuno se pretvara u unutrašnju energiju tijela (grijanje). Da biste opisali bilo kakve udare, morate zapisati i zakon održanja količine kretanja i zakon održanja mehaničke energije, uzimajući u obzir oslobođenu toplinu (preporučljivo je prvo napraviti crtež).
Apsolutno elastičan udar
Apsolutno elastičan udar zove se sudar u kojem je mehanička energija sistema tijela očuvana. U mnogim slučajevima, sudari atoma, molekula i elementarnih čestica pokoravaju se zakonima apsolutno elastičnog udara. Sa apsolutno elastičnim udarom, uz zakon održanja količine kretanja, zadovoljen je i zakon održanja mehaničke energije. Jednostavan primjer savršeno elastičnog sudara bio bi centralni udar dvije bilijarske lopte, od kojih je jedna mirovala prije sudara.
Centralni štrajk loptice naziva se sudar u kojem su brzine loptica prije i poslije udara usmjerene duž linije centara. Dakle, koristeći zakone održanja mehaničke energije i količine gibanja, moguće je odrediti brzine kuglica nakon sudara ako su poznate njihove brzine prije sudara. Centralni štrajk se vrlo rijetko provodi u praksi, posebno ako mi pričamo o tome o sudarima atoma ili molekula. U necentralnom elastičnom sudaru, brzine čestica (loptica) prije i poslije sudara nisu usmjerene u jednu pravu liniju.
Poseban slučaj vancentralnog elastičnog udara može biti sudar dvije bilijarske kugle iste mase, od kojih je jedna bila nepomična prije sudara, a brzina druge nije bila usmjerena duž linije centara kugli. . U ovom slučaju, vektori brzine kuglica nakon elastičnog sudara uvijek su usmjereni okomito jedan na drugi.
Zakoni o očuvanju. Složeni zadaci
Višestruka tijela
U nekim problemima o zakonu održanja energije, kablovi kojima se pokreću određeni objekti mogu imati masu (odnosno, ne biti bestežinski, kao što ste možda već navikli). U ovom slučaju treba uzeti u obzir i rad pomicanja takvih kablova (odnosno njihovih centara gravitacije).
Ako se dva tijela povezana bestežinskim štapom rotiraju u okomitoj ravni, tada:
- odaberite nulti nivo za izračunavanje potencijalne energije, na primjer na nivou ose rotacije ili na nivou najniže tačke jednog od utega i obavezno napravite crtež;
- Zapišite zakon održanja mehaničke energije, u kojem na lijevoj strani zapisujemo zbir kinetičke i potencijalne energije oba tijela u početnoj situaciji, a na desnoj strani pišemo zbir kinetičke i potencijalne energije oba tijela u konačnoj situaciji;
- uzeti u obzir da su ugaone brzine tela iste, onda linearne brzine tijela su proporcionalna polumjerima rotacije;
- ako je potrebno, zapišite drugi Newtonov zakon za svako od tijela posebno.
Granata je pukla
Kada projektil eksplodira, oslobađa se eksplozivna energija. Da biste pronašli ovu energiju, potrebno je od zbira mehaničke energije fragmenata nakon eksplozije oduzeti mehaničku energiju projektila prije eksplozije. Koristićemo i zakon održanja količine kretanja, zapisan u obliku kosinus teoreme (vektorska metoda) ili u obliku projekcija na odabrane ose.
Sudari sa teškom pločom
Upoznajmo tešku ploču koja se kreće velikom brzinom v, kreće se lagana lopta mase m sa brzinom u n. Budući da je impuls lopte mnogo manji od količine gibanja ploče, nakon udarca brzina ploče se neće promijeniti, već će se nastaviti kretati istom brzinom i u istom smjeru. Kao rezultat elastičnog udara, lopta će odletjeti od ploče. Ovdje je važno to shvatiti brzina lopte u odnosu na ploču neće se promijeniti. U ovom slučaju, za konačnu brzinu lopte dobijamo:
Tako se brzina lopte nakon udara povećava za dvostruku brzinu zida. Slično razmišljanje za slučaj kada su se prije udarca lopta i ploča kretale u istom smjeru dovodi do rezultata da se brzina lopte smanjuje za dvostruku brzinu zida:
U fizici i matematici, između ostalog, moraju biti ispunjena tri najvažnija uslova:
- Proučite sve teme i ispunite sve testove i zadatke date u edukativnim materijalima na ovoj stranici. Da biste to učinili, ne trebate baš ništa, naime: svaki dan posvetite tri do četiri sata pripremama za CT iz fizike i matematike, proučavanju teorije i rješavanju problema. Činjenica je da je CT ispit na kojem nije dovoljno samo znati fiziku ili matematiku, potrebno ga je i riješiti brzo i bez grešaka veliki broj zadataka na različite teme i različite složenosti. Ovo poslednje se može naučiti samo rešavanjem hiljada problema.
- Naučite sve formule i zakone u fizici, te formule i metode u matematici. U stvari, i to je vrlo jednostavno za napraviti; postoji samo oko 200 potrebnih formula u fizici, a još nešto manje u matematici. Svaki od ovih predmeta sadrži desetak standardne metode rješavanje problema osnovnog nivoa složenosti, koji se također mogu naučiti, a samim tim potpuno automatski i bez poteškoća rješavati u pravi trenutak većina CT. Nakon toga, morat ćete razmišljati samo o najtežim zadacima.
- Pohađati sve tri faze probnog testiranja iz fizike i matematike. Svaki RT se može posjetiti dva puta da se odluči za obje opcije. Opet, na CT-u, pored sposobnosti brzog i efikasnog rješavanja problema, te poznavanja formula i metoda, morate znati i pravilno planirati vrijeme, rasporediti snage, i što je najvažnije, pravilno popuniti formular za odgovore, bez zbunjujući brojeve odgovora i zadataka, ili svoje prezime. Takođe, tokom RT-a, važno je naviknuti se na stil postavljanja pitanja u problemima, koji se možda čini nepripremljenoj osobi veoma neobično.
Uspješna, marljiva i odgovorna implementacija ove tri tačke omogućit će vam da na CT-u pokažete odličan rezultat, maksimum onoga za što ste sposobni.
Našli ste grešku?
Ako mislite da ste pronašli grešku u edukativni materijali, a zatim pišite o tome putem e-pošte. Takođe možete prijaviti grešku socijalna mreža(). U pismu naznačite predmet (fizika ili matematika), naziv ili broj teme ili testa, broj zadatka ili mjesto u tekstu (stranici) na kojem, po vašem mišljenju, postoji greška. Također opišite o čemu se sumnja na grešku. Vaše pismo neće proći nezapaženo, greška će biti ili ispravljena, ili će Vam biti objašnjeno zašto nije greška.
Prije otkrivanja teme „Kako se mjeri rad“, potrebno je napraviti malu digresiju. Sve na ovom svijetu pokorava se zakonima fizike. Svaki proces ili pojava može se objasniti na osnovu određenih zakona fizike. Za svaku mjerenu veličinu postoji jedinica u kojoj se obično mjeri. Mjerne jedinice su konstantne i imaju isto značenje u cijelom svijetu.
Razlog tome je sljedeći. Šezdesete godine 19. na Jedanaestoj generalnoj konferenciji o utezima i mjerama usvojen je sistem mjerenja koji je priznat u cijelom svijetu. Ovaj sistem je nazvan Le Système International d’Unités, SI (SI System International). Ovaj sistem je postao osnova za određivanje mjernih jedinica prihvaćenih u cijelom svijetu i njihovih odnosa.
Fizički termini i terminologija
U fizici se jedinica mjerenja rada sile naziva J (Joule), u čast engleskog fizičara Jamesa Joulea, koji je dao veliki doprinos razvoju grane termodinamike u fizici. Jedan džul jednak je radu koji izvrši sila od jedan N (njutn) kada se njena primjena pomjeri za jedan M (metar) u smjeru sile. Jedan N (njutn) jednak je sili od jednog kg (kilogram) mase sa ubrzanjem od jednog m/s2 (metar u sekundi) u smjeru sile.
Za tvoju informaciju. U fizici je sve međusobno povezano; obavljanje bilo kojeg posla uključuje izvođenje dodatnih radnji. Kao primjer možemo uzeti kućni ventilator. Kada je ventilator uključen, lopatice ventilatora počinju da se okreću. Rotirajuće lopatice utiču na protok vazduha, dajući mu usmereno kretanje. Ovo je rezultat rada. Ali za obavljanje posla neophodan je utjecaj drugih vanjskih sila, bez kojih je djelovanje nemoguće. To uključuje električnu struju, snagu, napon i mnoge druge povezane vrijednosti.
Električna struja, u svojoj srži, je uređeno kretanje elektrona u provodniku u jedinici vremena. Električna struja se zasniva na pozitivno ili negativno nabijenim česticama. Zovu se električni naboji. Označen slovima C, q, Kl (Coulomb), nazvan po francuskom naučniku i pronalazaču Charlesu Coulomb-u. U SI sistemu, to je jedinica mjere za broj naelektrisanih elektrona. 1 C je jednako zapremini naelektrisanih čestica koje prolaze kroz poprečni presek provodnika u jedinici vremena. Jedinica vremena je jedna sekunda. Formula za električni naboj prikazana je na donjoj slici.
Jačina električne struje je označena slovom A (amper). Amper je jedinica u fizici koja karakterizira mjerenje rada sile koja se troši na kretanje naelektrisanja duž provodnika. u svojoj srži, struja- ovo je uređeno kretanje elektrona u provodniku pod uticajem elektromagnetno polje. Provodnik je materijal ili rastopljena so (elektrolit) koji ima mali otpor prolazu elektrona. Na snagu električne struje utiču dvije fizičke veličine: napon i otpor. O njima će biti riječi u nastavku. Jačina struje je uvijek direktno proporcionalna naponu i obrnuto proporcionalna otporu.
Kao što je gore spomenuto, električna struja je uređeno kretanje elektrona u vodiču. Ali postoji jedno upozorenje: potreban im je određeni uticaj da bi se pomerili. Ovaj efekat se stvara stvaranjem potencijalne razlike. Električno punjenje može biti pozitivan ili negativan. Pozitivni naboji uvijek teže negativnim nabojima. Ovo je neophodno za ravnotežu sistema. Razlika između broja pozitivno i negativno nabijenih čestica naziva se električni napon.
Snaga je količina energije koja se troši da se izvrši jedan J (Joule) rada u vremenskom periodu od jedne sekunde. Jedinica mjerenja u fizici je označena kao W (Watt), u SI sistemu W (Watt). Budući da se u obzir uzima električna snaga, ovdje je to vrijednost električne energije utrošene za obavljanje određene radnje u određenom vremenskom periodu.
U zaključku treba napomenuti da je jedinica mjere rada skalarna veličina, da je u vezi sa svim granama fizike i da se može posmatrati iz perspektive ne samo elektrodinamike ili termotehnike, već i drugih dijelova. U članku se ukratko ispituje vrijednost koja karakterizira mjernu jedinicu rada sile.
Video
U našem svakodnevnom iskustvu, riječ “rad” se vrlo često pojavljuje. Ali treba razlikovati fiziološki rad od rada sa stanovišta nauke fizike. Kada dođete kući sa časa, kažete: „O, kako sam umoran!“ Ovo je fiziološki rad. Ili, na primjer, rad tima u narodna priča"Repa".
Slika 1. Rad u svakodnevnom smislu te riječi
Ovdje ćemo govoriti o radu sa stanovišta fizike.
Mehanički rad nastaje kada se tijelo kreće pod utjecajem sile. Rad je naznačen latinično pismo O: Strožija definicija rada zvuči ovako.
Rad sile je fizička veličina jednaka proizvodu veličine sile i udaljenosti koju tijelo pređe u smjeru djelovanja sile.
Slika 2. Rad je fizička veličina
Formula vrijedi kada na tijelo djeluje konstantna sila.
IN međunarodni sistem SI jedinice rada mjere se u džulima.
To znači da ako se pod utjecajem sile od 1 njutna tijelo pomjeri za 1 metar, tada ta sila izvrši rad od 1 džula.
Jedinica rada je nazvana po engleskom naučniku Jamesu Prescott Jouleu.
Slika 3. James Prescott Joule (1818 - 1889)
Iz formule za izračunavanje rada proizilazi da postoje tri moguća slučaja kada je rad jednak nuli.
Prvi slučaj je kada na tijelo djeluje sila, a tijelo se ne kreće. Na primjer, kuća je podložna ogromnoj sili gravitacije. Ali ona ne radi nikakav posao jer je kuća nepomična.
Drugi slučaj je kada se tijelo kreće po inerciji, odnosno na njega ne djeluju sile. Na primjer, svemirski brod kreće se u međugalaktičkom prostoru.
Treći slučaj je kada sila djeluje na tijelo okomito na smjer kretanja tijela. U ovom slučaju, iako se tijelo kreće i na njega djeluje sila, nema kretanja tijela u pravcu sile.
Slika 4. Tri slučaja kada je rad nula
Takođe treba reći da rad sile može biti negativan. To će se dogoditi ako se tijelo pomjeri suprotno smeru sile. Na primjer, kada dizalica podiže teret iznad tla pomoću sajle, rad koji vrši sila gravitacije je negativan (a rad elastične sile kabla usmjerene prema gore je, naprotiv, pozitivan).
Pretpostavimo, prilikom izvršavanja građevinski radovi jama mora biti napunjena peskom. Bageru bi trebalo nekoliko minuta da to uradi, ali bi radnik sa lopatom morao da radi nekoliko sati. Ali i bager i radnik bi završili isti posao.
Slika 5. Isti posao može biti završen u različito vrijeme
Za karakterizaciju brzine obavljenog rada u fizici koristi se veličina koja se zove snaga.
Snaga je fizička veličina jednaka odnosu rada i vremena izvršenja.
Snaga je označena latiničnim slovom N.
SI jedinica snage je vat.
Jedan vat je snaga kojom se obavi jedan džul rada u jednoj sekundi.
Agregat je dobio ime po engleskom naučniku, izumitelju parne mašine, Jamesu Wattu.
Slika 6. James Watt (1736. - 1819.)
Kombinirajmo formulu za izračunavanje rada sa formulom za izračunavanje snage.
Podsjetimo se sada da je omjer puta koji pređe tijelo S, do trenutka kretanja t predstavlja brzinu kretanja tijela v.
dakle, snaga je jednaka proizvodu numerička vrijednost sila na brzinu kretanja tijela u smjeru djelovanja sile.
Ova formula je pogodna za korištenje pri rješavanju zadataka u kojima sila djeluje na tijelo koje se kreće poznatom brzinom.
Bibliografija
- Lukašik V.I., Ivanova E.V. Zbirka zadataka iz fizike za 7-9 razred obrazovne institucije. - 17. izd. - M.: Obrazovanje, 2004.
- Peryshkin A.V. fizika. 7. razred - 14. izd., stereotip. - M.: Drfa, 2010.
- Peryshkin A.V. Zbirka zadataka iz fizike, 7-9 razred: 5. izd., stereotip. - M: Izdavačka kuća “Ispit”, 2010.
- Internet portal Physics.ru ().
- Internet portal Festival.1september.ru ().
- Internet portal Fizportal.ru ().
- Internet portal Elkin52.narod.ru ().
Zadaća
- U kojim slučajevima je rad jednak nuli?
- Kako se vrši rad duž putanje u smjeru djelovanja sile? U suprotnom smjeru?
- Koliki rad izvrši sila trenja koja djeluje na ciglu kada se pomjeri za 0,4 m? Sila trenja je 5 N.
DEFINICIJA
Mehanički rad je proizvod sile primijenjene na predmet i pomaka koju ta sila napravi.
– rad (može se označiti kao ), – sila, – pomak.
Jedinica mjerenja rada - J (džul).
Ova formula je primjenjiva na tijelo koje se kreće pravolinijski i konstantnu vrijednost sile koja na njega djeluje. Ako postoji ugao između vektora sile i prave linije koja opisuje putanju tijela, tada formula poprima oblik:
Osim toga, koncept rada se može definirati kao promjena energije tijela:
To je primjena ovog koncepta koja se najčešće nalazi u problemima.
Primjeri rješavanja zadataka na temu "Mašinski rad"
PRIMJER 1
| Vježbajte | Krećući se po kružnici poluprečnika 1 m, tijelo se pomaknulo u suprotnu tačku kružnice pod utjecajem sile od 9 N. Pronađite rad ove sile. |
| Rješenje | Prema formuli, rad treba tražiti ne na osnovu prijeđene udaljenosti, već na pomaku, odnosno nema potrebe da se računa dužina luka kružnice. Dovoljno je jednostavno uzeti u obzir da je tijelo pri kretanju u suprotnu tačku kruga napravilo pokret jednak promjeru kruga, odnosno 2 m. prema formuli: |
| Odgovori | Savršen rad jednak J. |
PRIMJER 2
| Vježbajte | Pod uticajem određene sile, telo se kreće uz nagnutu ravan pod uglom u odnosu na horizontalu. Nađite silu koja djeluje na tijelo ako se, kada se tijelo pomakne 5 m u okomitoj ravni, njegova energija poveća za 19 J. |
| Rješenje | Po definiciji, promjena energije tijela je rad na njemu.
Međutim, ne možemo pronaći silu zamjenom početnih podataka u formulu, jer ne znamo pomak tijela. Znamo samo njegovo kretanje duž ose (označavamo ga ). Nađimo pomak tijela koristeći definiciju funkcije: |
Energetske karakteristike kretanja uvode se na osnovu pojma mehaničkog rada ili rada sile. Drugim riječima, rad je mjera utjecaja sile.
Definicija 1Rad A koji vrši konstantna sila F → je fizički skalarna količina, jednako umnošku modula sile i pomaka pomnoženog kosinusom kuta α između vektora sila F → i pomaka s →.
Ova definicija razmatra se na slici 1.
Formula rada je zapisana kao,
A = F s cos α .
Rad je skalarna veličina. SI jedinica rada je Joule (J).
Džoul je jednak radu sile od 1 N da se pomeri 1 m u pravcu sile.
Slika 1. Rad sile F →: A = F s cos α = F s s
Prilikom projektovanja F s → sila F → na smjer kretanja s → sila ne ostaje konstantna, a proračun rada za mala kretanja Δ s i se sumira i proizvodi prema formuli:
A = ∑ ∆ A i = ∑ F s i ∆ s i .
Ova količina rada se izračunava iz granice (Δ s i → 0) i zatim prelazi u integral.
Grafički prikaz rada određuje se iz površine krivolinijske figure koja se nalazi ispod grafa F s (x) na slici 2.
Slika 2. Grafička definicija rada Δ A i = F s i Δ s i .
Primjer sile koja ovisi o koordinatama je elastična sila opruge, koja se pokorava Hookeovom zakonu. Za istezanje opruge potrebno je primijeniti silu F →, čiji je modul proporcionalan izduženju opruge. To se može vidjeti na slici 3.
Slika 3. Istegnuta opruga. Smjer vanjske sile F → poklapa se sa smjerom kretanja s →. F s = k x, gdje k označava krutost opruge.
F → y p = - F →
Ovisnost modula vanjske sile o x koordinatama može se nacrtati pomoću prave linije.
Slika 4. Ovisnost modula vanjske sile o koordinati kada je opruga istegnuta.
Iz gornje slike moguće je pronaći rad na vanjskoj sili desnog slobodnog kraja opruge, koristeći površinu trokuta. Formula će poprimiti oblik
Ova formula je primjenjiva da izrazi rad koji obavlja vanjska sila pri sabijanju opruge. Oba slučaja pokazuju da je elastična sila F → y p jednaka radu vanjske sile F → , ali sa suprotnim predznakom.
Definicija 2
Ako na tijelo djeluje više sila, onda one opšti rad jednak je zbiru svih obavljenih radova na tijelu. Kada se tijelo kreće translatorno, tačke primjene sila kreću se jednako, odnosno ukupan rad svih sila bit će jednak radu rezultante primijenjenih sila.
Snaga
Definicija 3Snaga naziva se rad sile u jedinici vremena.
Zapis fizička količina snaga, označena N, ima oblik odnosa rada A i vremenskog perioda t izvršenog posla, odnosno:
Definicija 4
CI sistem koristi vat (Wt) kao jedinicu snage. 1 vat je snaga koju 1 J rada obavi za 1 s.
Osim vata, postoje i nesistemske jedinice mjerenja snage. Na primjer, 1 konjska snaga približno jednaka 745 W.
Ako primijetite grešku u tekstu, označite je i pritisnite Ctrl+Enter